CN113021400A - 一种带有筛分功能的吸附式茶叶采摘装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于农业机械领域。目的是提供一种带有筛分功能的吸附式茶叶采摘装置，该采茶装置能够实现只对一芽一叶和一芽两叶的嫩梢进行采摘，使采摘的嫩梢满足制作名优茶的要求，同时可保证装置在采摘过程的稳定性和精确度。技术方案是：一种带有筛分功能的吸附式茶叶采摘装置，其特征在于：该茶叶采摘装置包括用于采摘茶叶的末端执行器、与末端执行器固定连接以驱动末端执行器运动的delta机械手以及用于提供负压以收集茶叶的负压收集装置；所述末端执行器与负压收集装置相连通。

Description

一种带有筛分功能的吸附式茶叶采摘装置

技术领域

本发明属于农业机械领域，尤其是涉及一种带有筛分功能的吸附式茶叶采摘装置。

背景技术

茶叶作为一种大众化的绿色饮品，在追求健康饮食生活的今天，受到越来越多消费者的喜爱，逐渐发展成为日常饮品，市场需求量极其庞大。

由于茶叶采摘作业周期短、频率高、茶树数量庞大、茶叶成熟期短暂，致使采摘工人劳动强度大，效率低下。目前市场上的采茶机虽然有着可观的工作效率，减少了劳动力成本，但其采摘茶叶时采用的是遍切式工作方式。对于名优茶而言，其制作原料对采摘时机及新梢的质量要求更为严格，一般都要求是鲜嫩、高品质的一芽一叶或者一芽二叶，因此目前市场上的采茶机完全不适用于名优茶的采摘。针对此问题，有必要对现有的采茶装置进行研究和改进。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种带有筛分功能的吸附式茶叶采摘装置，该采茶装置能够实现只对一芽一叶和一芽两叶的嫩梢进行采摘，使采摘的嫩梢满足制作名优茶的要求，同时可保证装置在采摘过程的稳定性和精确度。

本发明提供的技术方案是：

一种带有筛分功能的吸附式茶叶采摘装置，其特征在于：该茶叶采摘装置包括用于采摘茶叶的末端执行器、与末端执行器固定连接以驱动末端执行器运动的delta机械手以及用于提供负压以收集茶叶的负压收集装置；所述末端执行器与负压收集装置相连通。

所述负压收集装置包括收集箱、分别连接在收集箱上部左右两侧的风机和波纹管以及沿前后方向竖直固定在收集箱内部底面的第一隔板和第二隔板；所述第一隔板靠近波纹管一侧；所述第二隔板靠近风机一侧；所述波纹管与收集箱的连接处高于第一隔板的顶端；所述第一隔板的顶端高于第二隔板的顶端。

所述delta机械手包括从上至下依次布置且中部均设置成通孔的静平台、凸台和吊板、通过连接件均匀固定在静平台和凸台外周的三个直线模组、分别驱动三个直线模组运动的三个电机、可沿直线模组的长度方向滑动地定位在三个直线模组上的三个滑块以及一端与滑块铰接且另一端与吊板铰接的若干并联杆；所述吊板与末端执行器固定连接。

所述末端执行器包括固定在吊板的通孔中并与波纹管末端相连通的变径管、固定在静平台上的舵机、固定在变径管外壁中部的支撑板、固定在支撑板上的刀片支架、可竖直滑动地定位在刀片支架上部的T型夹板、一端与T型夹板固定连接且另一端穿过支撑板并可伸入至变径管内部的柔性刀片、设置在T型夹板与支撑板之间的矩形压簧、固定在支撑板上的滚轮、一端与舵机固定连接且另一端绕过滚轮后与T型夹板固定连接的钢丝绳、固定在变径管末端外壁且内部设置成空腔的吸盘以及连通变径管与吸盘空腔的若干气管；所述吸盘底部均匀开设有若干通气孔。

所述吸盘外周均匀固定有向下延伸的筛束，以防止外围茶叶被吸入变径管中；所述筛束采用不锈钢材料制成。

所述波纹管内壁均匀设置有若干软毛束，以便对嫩梢、碎叶和老梗进行筛分。

所述柔性刀片与刀片支架相贴合；所述刀片支架的下部设置成弧形且延伸至柔性刀片与变径管的连接处，以便对柔性刀片进行支撑和导向。

所述钢丝绳外周安装有绳套。

本发明的有益效果是：

1)吸盘外周设置有筛束，从而将变径管末端围合起来，可以防止外围茶叶被吸入到变径管内，保证末端执行器仅对目标株茶叶进行采摘，避免外围茶叶的干扰。

2)吸盘可吸附茶叶中的第三、四叶，阻碍其进入变径管，防止其对茶叶采摘产生干扰，从而大大减少了采摘茶叶中非目标物(即碎叶和老梗)的含量，提高了茶叶的采摘品质。

3)delta机械手运动空间大，遮挡少，更利于图像识别与定位，可以提高采摘成功率。

4)波纹管中设置有软毛束，由于嫩梢、碎叶和老梗受到的吸力以及软毛束的阻力各不相同，在管道中会逐渐分离，因此，它们不会同时到达收集箱中，从而将嫩梢与非目标物分隔开来，达到筛分茶叶的目的。

5)本发明结构简单，工作稳定可靠，变径管管口干涉少，能够精确采摘目标茶叶，采摘成功率高，适用于推广使用。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的主视结构示意图。

图3是本发明的左视结构示意图。

图4是本发明的俯视结构示意图。

图5是本发明中负压收集装置的主视结构示意图。

图6是本发明中delta机械手的立体结构示意图。

图7是本发明中末端执行器的立体结构示意图。

图8是本发明中末端执行器的非工作姿态示意图。

图9是本发明中末端执行器的工作姿态示意图。

图10是本发明中钢丝绳与柔性刀片的连接结构示意图。

图11-1是图2中的A处放大图。

图11-2是本发明中波纹管的截面放大图。

图12-1是本发明中柔性刀片剪切嫩梢前的初始状态示意图。

图12-2是本发明中柔性刀片剪切嫩梢前的工作状态示意图。

图12-3是本发明中吸盘吸附第三叶和第四叶的工作状态示意图。

图12-4是本发明中柔性刀片剪切嫩梢后的工作状态示意图。

附图标记：

1、负压收集装置；1-1、风机；1-2-1、第一隔板；1-2-2、第二隔板；

1-3、波纹管；1-3-1、软毛束；1-4、收集箱；2、delta机械手；2-1-1、

电机；2-1-2、滑块；2-1-3、连接板；2-1-4、效应器；2-1-5、直线模组；

2-2、静平台；2-3、连接件；2-4、凸台；2-5、吊板；2-6、并联杆；3、

末端执行器；3-1、变径管；3-2、矩形压簧；3-3、柔性刀片；3-4、刀片

支架；3-5、吸盘；3-6、气管；3-7、T型夹板；3-8、舵机；3-9、绳套；

3-10、钢丝绳；3-11、滚轮；3-12、支撑板；4、筛束；5-1、嫩梢；5-2、

第三叶；5-3、第四叶。

具体实施方式

以下结合附图所示的实施例进一步说明。

为描述方便，本实施例以图2的左侧为左，图2的右侧为右；图2垂直纸而向内的方向为前，图2垂直纸面向外的方向为后。

如图1至图4所示的带有筛分功能的吸附式茶叶采摘装置，包括负压收集装置1、delta机械手2和末端执行器3。

如图5所示，所述负压收集装置用于提供负压，以收集茶叶；负压收集装置包括收集箱1-4、风机1-1、波纹管1-3、第一隔板1-2-1和第二隔板1-2-2。所述收集箱内部中空；所述风机和波纹管分别连接在收集箱上部左右两侧，波纹管另一端与末端执行器相连通；所述第一隔板和第二隔板相互平行(均沿前后方向布置)且竖直固定在收集箱的内部底面，其中第一隔板靠近波纹管一侧，第二隔板靠近风机一侧。所述波纹管与收集箱的连接处高于第一隔板的顶端；所述第一隔板的顶端高于第二隔板的顶端，第一隔板和第二隔板将收集箱内部下方空间分隔成三部分。工作时，风机向收集箱内通入负压，采摘的茶叶经波纹管进入收集箱内；由于采摘获取的嫩梢5-1中可能夹带有非目标物(即碎叶和老梗)，为了提高茶叶采摘的品质，所述波纹管内壁均匀设置有若干软毛束1-3-1(见图11-1和图11-2)，以便对嫩梢、碎叶和老梗进行筛分，其原理是：由于嫩梢、碎叶、老梗受到的负压吸力以及软毛束的阻力各不相同，在管道中会逐渐分离，因此，它们不会同时到达收集箱中，也就不会产生相互作用影响分选效果，从而达到筛分嫩梢和非目标物的目的。其中，嫩梢被收集至收集箱内部的中间区域(即第一隔板与第二隔板之间)，其左侧空间(即收集箱连接风机的一侧与第二隔板之间)和右侧(即收集箱连接波纹管的一侧与第一隔板之间)空间则分别收集采摘过程中夹杂的碎叶和老梗。

如图6所示，所述delta机械手与末端执行器固定连接，以便驱动末端执行器运动至待采摘茶叶的正上方。所述delta机械手包括静平台2-2、凸台2-4、吊板2-5、三个直线模组2-1-5、三个电机2-1-1、三个滑块2-1-2和若干并联杆2-6。所述静平台、凸台和吊板从上至下依次布置且中部均设置成通孔，其中静平台和凸台上的通孔用于波纹管通过；末端执行器则固定在吊板的通孔中；本实施例中的静平台和凸台均设置成三角形。三个直线模组通过连接件2-3均匀固定在静平台和凸台的外周；每个直线模组分别由一个所述电机进行驱动，并且每个直线模组上均沿自身长度方向可滑动地定位有一个所述滑块。所述并联杆的一端与滑块铰接，另一端与吊板铰接；本实施例中，每个滑块上均通过连接板2-1-3固定有效应器2-1-4，滑块通过效应器与吊板连接，并且每个滑块与吊板之间连接两根并联杆。

如图7至图10所示，所述末端执行器与负压收集装置相连通，用于采摘茶叶。末端执行器包括变径管3-1、舵机3-8、支撑板3-12、刀片支架3-4、T型夹板3-7、柔性刀片3-3、矩形压簧3-2、滚轮3-11、钢丝绳3-10、吸盘3-5和若干气管3-6。所述变径管固定在吊板的通孔中，并且变径管与波纹管的末端相连通；所述支撑板固定在变径管的外壁中部。所述刀片支架固定在支撑板上；所述T型夹板可竖直滑动地定位在刀片支架的上部；T型夹板与支撑板之间设置有所述矩形压簧。所述柔性刀片一端与T型夹板固定连接，另一端穿过支撑板并可伸入至变径管内部，以便与变径管内壁接触从而切断嫩梢(见图12-1和图12-2)。所述柔性刀片与刀片支架相贴合；作为优选，所述刀片支架的下部设置成弧形且延伸至柔性刀片与变径管的连接处，以便对柔性刀片进行支撑和导向。所述滚轮固定在支撑板上；所述舵机固定在静平台上；所述钢丝绳一端与舵机固定连接，另一端绕过滚轮后与T型夹板固定连接；所述钢丝绳外周安装有绳套3-9。所述吸盘固定在变径管末端外壁且内部设置成空腔，吸盘与变径管之间通过若干气管相连通；吸盘底部均匀开设有若干通气孔，用于吸附待采摘茶株的第三叶和第四叶。所述吸盘外周均匀设置有向下延伸的筛束4，以防止外围茶叶被吸入变径管中；作为优选，筛束采用不锈钢材料制成。

工作时，待采摘的嫩梢在负压收集装置的吸力作用下进入变径管中，启动舵机，通过钢丝绳带动T型夹板向下运动，同时柔性刀片贴合刀片支架运动，其末端伸入至变径管中并与变径管内壁相接触，从而切断嫩梢。待茶叶采摘完成后，舵机复位，T型夹板和柔性刀片在矩形压簧的弹力作用下回到初始位置。

本发明使用方式如下：

将本发明的茶叶采摘装置安装在外部实验平台(图中未显示)上。

首先通过外部实验平台上的相机(图中未显示)识别茶叶嫩梢，以获取茶叶采摘点的空间位置，delta机械手驱动末端执行器到达采摘点正上方。

然后负压收集装置的风机开启，在末端执行器的变径管末端产生负压，delta机械手同时控制末端执行器竖直下降，使待采摘的嫩梢被成功吸入变径管内；在此过程中，吸盘侧面的筛束可以防止外围茶叶被吸入变径管中，同时吸盘通过通气孔吸附第三叶5-2和第四叶5-3(见图12-3)，阻碍其进入变径管，大大减少了所采摘茶叶中非目标物的含量。当嫩梢被成功吸入变径管后，舵机通过钢丝绳和T型夹板带动柔性刀片运动并伸入至变径管内，直至柔性刀片与变径管内壁接触，从而切断茶叶嫩梢，实现嫩梢的采摘(见图12-4)。采摘的嫩梢以及夹带的少量非目标物在通过波纹管时，波纹管内部的软毛束对嫩梢和非目标物进行分离并被分别收集在收集箱的不同区域，实现嫩梢、碎叶和老梗的筛分。

最后舵机复位，柔性刀片在矩形弹簧的弹力作用下回到初始位置。重复上述操作，使delta机械手控制末端执行器去采摘下一个目标，实现连续采摘作业。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种带有筛分功能的吸附式茶叶采摘装置，其特征在于：该茶叶采摘装置包括用于采摘茶叶的末端执行器(3)、与末端执行器固定连接以驱动末端执行器运动的delta机械手(2)以及用于提供负压以收集茶叶的负压收集装置(1)；所述末端执行器与负压收集装置相连通。

2.根据权利要求1所述的带有筛分功能的吸附式茶叶采摘装置，其特征在于：所述负压收集装置包括收集箱(1-4)、分别连接在收集箱上部左右两侧的风机(1-1)和波纹管(1-3)以及沿前后方向竖直固定在收集箱内部底面的第一隔板(1-2-1)和第二隔板(1-2-2)；所述第一隔板靠近波纹管一侧；所述第二隔板靠近风机一侧；所述波纹管与收集箱的连接处高于第一隔板的顶端；所述第一隔板的顶端高于第二隔板的顶端。

3.根据权利要求2所述的带有筛分功能的吸附式茶叶采摘装置，其特征在于：所述delta机械手包括从上至下依次布置且中部均设置成通孔的静平台(2-2)、凸台(2-4)和吊板(2-5)、通过连接件(2-3)均匀固定在静平台和凸台外周的三个直线模组(2-1-5)、分别驱动三个直线模组运动的三个电机(2-1-1)、可沿直线模组的长度方向滑动地定位在三个直线模组上的三个滑块(2-1-2)以及一端与滑块铰接且另一端与吊板铰接的若干并联杆(2-6)；所述吊板与末端执行器固定连接。

4.根据权利要求3所述的带有筛分功能的吸附式茶叶采摘装置，其特征在于：所述末端执行器包括固定在吊板的通孔中并与波纹管末端相连通的变径管(3-1)、固定在静平台上的舵机(3-8)、固定在变径管外壁中部的支撑板(3-12)、固定在支撑板上的刀片支架(3-4)、可竖直滑动地定位在刀片支架上部的T型夹板(3-7)、一端与T型夹板固定连接且另一端穿过支撑板并可伸入至变径管内部的柔性刀片(3-3)、设置在T型夹板与支撑板之间的矩形压簧(3-2)、固定在支撑板上的滚轮(3-11)、一端与舵机固定连接且另一端绕过滚轮后与T型夹板固定连接的钢丝绳(3-10)、固定在变径管末端外壁且内部设置成空腔的吸盘(3-5)以及连通变径管与吸盘空腔的若干气管(3-6)；所述吸盘底部均匀开设有若干通气孔。

5.根据权利要求4所述的带有筛分功能的吸附式茶叶采摘装置，其特征在于：所述吸盘外周均匀固定有向下延伸的筛束(4)，以防止外围茶叶被吸入变径管中；所述筛束采用不锈钢材料制成。

6.根据权利要求5所述的带有筛分功能的吸附式茶叶采摘装置，其特征在于：所述波纹管内壁均匀设置有若干软毛束(1-3-1)，以便对嫩梢(5-1)、碎叶和老梗进行筛分。

7.根据权利要求6所述的带有筛分功能的吸附式茶叶采摘装置，其特征在于：所述柔性刀片与刀片支架相贴合；所述刀片支架的下部设置成弧形且延伸至柔性刀片与变径管的连接处，以便对柔性刀片进行支撑和导向。

8.根据权利要求7所述的带有筛分功能的吸附式茶叶采摘装置，其特征在于：所述钢丝绳外周安装有绳套(3-9)。

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